聚合物晶体管界面态分析

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近些年来,研究人员对有机半导体研究的不断深入,载流子的输运作为有机半导体中最基本、最重要的过程之一,到目前为止它的输运机理还没有被完全清楚刻画,目前最常用的载流子输运模型有跳跃模型(Variable Range Hopping,VRH model)和多重俘获释放模型(Multiple Trapping and Release Model,MTR model)。虽然这两种模型都不能完整的描述有机半导体的输运机制,但将这两种模型结合起来能够近似地描述它的输运机制。从这些模型中可以看出,有机半导体中的载流子输运会受很多因素的影响,比如分子的平面性、分子的结构、能隙中的缺陷或陷阱等。因此,本文针对顶栅底接触(TGBC)结构的聚合物晶体管,通过两种界面态研究方法,研究其电学特性,为进一步清晰刻画有机半导体器件中的输运过程提供了参考。主要研究内容如下:首先介绍了准静态方法和电荷泵浦法的原理和提取过程,并对所制备的晶体管进行界面态的提取。在准静态方法中,分析了态密度的分布并计算了沟道中总载流子浓度和自由载流子浓度,对聚合物晶体管沟道界面中的界面态进行了表征,发现总载流子浓度分布更符合二次指数衰减式分布。在电荷泵浦法中,一是计算了Si标准样品的界面陷阱态密度为2.61944ⅹ10~9 cm-2e V-1,此结果能完美呈现前人的研究结果,表明该测试系统可行。二是基于该方法对制备的晶体管进行了界面陷阱密度的提取,得到界面陷阱密度为1.18ⅹ1013 cm-2e V-1并分析了界面陷阱密度对聚合物晶体管沟道界面和晶体管特性的影响。研究发现,在脉冲的作用下,栅极电压陡增,诱导的空穴被界面态捕获,导致泵浦尖峰电流的出现;在较高的栅极电压下,被俘获后的载流子电荷容易在高能量中又被激发出来进入电流循环;而宽尾行为源于栅极电压陡降导致的发射过程慢于俘获过程。最后对两种方法的提取结果进行了对比,通过自由载流子浓度与总载流子浓度的比值大小以及界面陷阱态密度与总载流子浓度的比值大小从两方面去判断晶体管的沟道界面性能,为界面优化提供了指导。综上所述,本文使用两种不同的界面态的提取方法对界面态和界面陷阱进行提取,分析所得结果对聚合物晶体管沟道界面的载流子输运以及器件特性的影响,为评价薄膜晶体管的结构、制备工艺、有源层和栅介质层材料等对器件电学性能的影响提供了理论指导,为下一步搭建评估聚合物晶体管界面分析模型提供参考。
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